半導體激光器速率方程理論（上冊） 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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郭長誌 著

圖書標籤:

• 半導體激光器
• 速率方程
• 激光物理
• 光電子學
• 半導體物理
• 激光器理論
• 半導體器件
• 物理學
• 光學
• 通信技術

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030478122

版次：1

商品編碼：11930204

包裝：精裝

叢書名： 半導體激光器設計理論

開本：16開

齣版時間：2016-04-01

用紙：膠版紙

頁數：384

字數：484000

正文語種：中文

內容簡介

　　速率方程理論是從微觀唯象觀點，以唯象參數為工具，以粒子數守恒為依據的速率方程為分析手段的半導體激光器件物理理論，從全局上揭示半導體激光器的激射閾值相變、模式的競爭、譜係結構等靜態行為和激射延遲、過衝、振蕩過渡等瞬態行為，大小信號調製的方式方法及其速率、動態頻譜結構、動態單模化、光模注入鎖定、激光的雙穩態、自脈動、分叉、混沌、量子噪聲和譜綫展寬，載流子在量子阱、量子綫、量子點等量子低維結構中的捕獲和逃逸等動力學行為及其物理機製。其任務是挖掘激光器件的潛能，發現和提齣可能的新器件或新性能新應用，提齣優化器件現有性能等的器件設計方案。
　　《半導體激光器速率方程理論（上冊）》論述既重基礎又涉前沿，既重物理概念又重推導編程演算，適閤有關專業的大學高年級學生、研究生、研究人員和教師作為教材、參考書或自修讀物。

內頁插圖

目錄

第1章 異質結構的能帶圖及其電流機製
引論
1．1 突變異質結的耗盡區近似理論
1．1．1 基本模型和規律
1．1．2 費米能級
1．1．3 異型異質結準費米能級隨空間位置的變化和電流密度
1．1．4 能帶邊的彎麯和能帶圖的繪製
1．2 緩變和突變同型異質結
1．2．1 緩變同型異質結的理論
1．2．2 泊鬆方程的數值解法——弛豫法
1．2．3 突變同型雙異質結的精確計算
1．2．4 關於歐哈姆_米納斯理論的討論
1．3 突變同型異質結的庫莫理論
1．3．1 n-N同型異質結
1．3．2 對有電流情況的推廣
1．4 同型異質結電流
1．4．1 熱電子發射模型
1．4．2 熱發射理論推廣到半導體情況
1．4．3 擴散一漂移理論對同型異質結的推廣
1．4．4 數值結果和討論

第2章 速率方程組的建立及其靜態行為
2．1 微觀唯象理論的基本方程
2．1．1 載流子的連續方程和雙極性擴散方程
2．1．2 電子和光子的耦閤速率方程組
2．1．3 光限製因子的全量子理論
2．2 單模半導體激光器的靜態行為和閾值條件
2．2．1 歸一化錶述
2．2．2 閾值行為和閾值電流密度的定義
2．3 半導體激光器在光模注入下的靜態行為
2．3．1 光模注入的作用——有電流注入和光模注入的速率方程組
2．3．2 半導體激光器在電流和單模光子流注入下的靜態行為
2．3．3 數值結果和討論
2．4 半導體激光器的多模行為
2．4．1 從光波在光腔中傳播諧振過程到半導體激光器的激射條件
2．4．2 多模行為的速率方程理論
2．4．3 總模描述一一總模增益與總模速率方程組
2．4．4 單模化速率方程組
2．4．5 閾值的技術定義和自發發射因子的測定

第3章 半導體激光器的動力學行為概述
3．1 結型器件延遲過程的理論
3．1．1 注入延遲
3．1．2 半導體激光器的激射延遲
3．1．3 數字（脈碼）信號及其圖形效應
3．2 單模半導體激光器的激光過衝及其抑製
3．2．1 激光過衝方程的建立
3．2．2 激光過衝方程的解析解
3．2．3 激光過衝的抑製
3．2．4 單模半導體激光器光模階躍注入的瞬態過程
3．3 張弛振蕩過程
3．3．1 定性理論
3．3．2 多模半導體激光器的瞬態過程
3．4 多模半導體激光器中光注入的鎖模作用
3．4．1 注入光鎖模現象及其過程的基本方程
3．4．2 增益譜的作用及其模型的改進
3．4．3 分模自發發射因子的波譜模型
3．4．4 超速超短相位鎖模激光脈衝

前言/序言

《半導體激光器速率方程理論（上冊）》內容概述 本書是“半導體激光器速率方程理論”係列叢書的上冊，旨在係統、深入地闡述半導體激光器速率方程的理論基礎、推導方法及其在理解和分析激光器工作特性中的核心作用。上冊內容聚焦於速率方程的建立、基本理論框架的構建，以及分析激光器靜態性能的關鍵要素。全書以嚴謹的物理概念為指導，以清晰的數學推導為工具，力求為讀者構建一個紮實而全麵的理論認識。 第一章：引言與基礎概念 本章首先簡要迴顧瞭激光器發展史上的重要裏程碑，並明確瞭半導體激光器在光電子技術領域不可替代的地位。隨後，詳細介紹瞭半導體材料的能帶結構、載流子（電子和空穴）的概念及其在半導體中的行為。重點闡述瞭不同類型的半導體材料（如直接帶隙和間接帶隙材料）的特性，以及它們為何成為激光器的理想選擇。 接著，引入瞭激光增益的基本概念，解釋瞭受激發射、自發輻射和吸收這三種光與物質相互作用的基本過程。對粒子數反轉的概念進行瞭深入剖析，強調瞭它是實現激光振蕩的必要條件。同時，討論瞭光子在半導體材料中的傳播以及與材料的相互作用，為後續的速率方程推導奠定基礎。 第二章：速率方程的物理基礎 本章深入探討瞭速率方程的物理根源。首先，從統計力學的角度齣發，引入瞭載流子守恒定律和光子守恒定律，這是構建速率方程的基本框架。詳細分析瞭影響載流子數量和光子數量的各種物理過程，包括載流子注入（注入電流）、載流子復閤（輻射復閤和非輻射復閤）、光子産生（受激發射）以及光子損耗（吸收、散射和輸齣）。 重點闡述瞭輻射復閤過程，包括其與材料的性質、載流子濃度以及溫度的關係。分析瞭導緻激光效率降低的非輻射復閤機製，如俄歇復閤和陷阱輔助復閤，並對其影響進行瞭量化分析。 隨後，引入瞭量子效率的概念，將其分解為內量子效率和外量子效率，並解釋瞭這兩個效率與上述復閤過程的內在聯係。這是理解激光器能量轉換效率的關鍵。 第三章：載流子速率方程 本章是速率方程理論的核心部分，專注於載流子速率方程的推導與分析。首先，以一個簡化的模型為起點，引入瞭體內的載流子濃度隨時間的變化率，將其與載流子注入和復閤過程聯係起來。 詳細推導瞭適用於不同結構半導體激光器的載流子速率方程。對於簡單的均勻增益區域模型，方程形式較為直觀。隨後，進一步考慮瞭非均勻增益區域、多量子阱（MQW）結構等更復雜的激光器結構，推導瞭相應的載流子速率方程。特彆強調瞭載流子在MQW結構中的量子限製效應，以及其如何影響載流子動力學。 討論瞭載流子注入效率，並解釋瞭注入電流如何轉化為激勵載流子。分析瞭載流子復閤的各種速率，並將其納入載流子速率方程的錶達式中。 第四章：光子速率方程 本章聚焦於光子速率方程的推導與分析，與載流子速率方程相輔相成。首先，從光子在諧振腔內的産生和損耗齣發，引入瞭光子密度隨時間的變化率。 詳細推導瞭適用於不同激光器結構的增益項和損耗項。增益項與載流子濃度以及材料的激發性質密切相關，而損耗項則包括瞭腔內吸收、散射以及通過反射鏡的光子輸齣。 引入瞭光子壽命的概念，並解釋瞭其與腔損耗的關係。詳細討論瞭腔損耗的不同來源，以及它們如何影響激光器的閾值特性和輸齣功率。 第五章：耦閤速率方程與激光器閾值分析 本章將載流子速率方程和光子速率方程耦閤起來，形成描述半導體激光器動態行為的完整速率方程組。首先，解釋瞭載流子動力學和光子動力學之間的相互耦閤機製：載流子濃度的變化影響增益，進而影響光子産生速率；而光子密度的變化則通過受激發射影響載流子復閤速率。 重點分析瞭半導體激光器的閾值現象。通過對耦閤速率方程進行穩態分析，推導瞭激光器的閾值電流密度。詳細闡述瞭閾值電流的物理意義，以及它與材料參數、結構參數以及光子損耗的關聯。 討論瞭亞閾值、閾值和超閾值狀態下激光器的行為差異。在亞閾值狀態下，受激發射微弱，激光器主要錶現為LED特性；在閾值附近，受激發射開始顯著增長，激光功率急劇上升；超閾值狀態下，激光器進入穩定的振蕩模式。 第六章：激光器靜態性能分析 本章利用上冊推導的速率方程，對半導體激光器的靜態性能進行深入分析。 輸齣功率-注入電流（L-I）特性麯綫： 詳細分析瞭L-I麯綫的形狀，包括亞閾值區域、閾值區域和綫性區域。解釋瞭斜率效率的概念，並探討瞭影響斜率效率的各種因素，如內量子效率、外量子效率、閾值電流以及腔損耗。 微分量子效率： 介紹瞭微分量子效率的概念，並將其與L-I麯綫的斜率聯係起來。 閾值電流的溫度依賴性： 深入分析瞭溫度對閾值電流的影響，解釋瞭俄歇復閤等溫度敏感過程如何導緻閾值電流隨溫度升高而增加。 光束質量與輸齣特性： 簡要討論瞭速率方程如何間接影響激光器的光束質量，例如模式競爭和光束發散角等，雖然詳細的光束傳播分析可能在後續章節中展開。 不同結構激光器的靜態性能比較： 簡要探討瞭不同結構（如DH結構、MQW結構）的激光器在靜態性能上的差異，並說明速率方程理論如何解釋這些差異。 總結與展望 上冊內容為理解半導體激光器的動態行為奠定瞭堅實的理論基礎。通過對速率方程的深入推導和分析，讀者能夠掌握半導體激光器産生激光的內在機製，理解其關鍵工作參數的物理含義，並能夠通過理論模型預測和優化激光器的靜態性能。本書的上冊為後續關於動態特性、調製響應、噪聲特性等更復雜主題的研究提供瞭必要的知識儲備。 本書的編寫風格力求嚴謹而不失邏輯性，數學推導清晰易懂，並輔以必要的物理圖像解釋，旨在幫助不同背景的讀者（包括研究生、研究人員和工程技術人員）深入理解半導體激光器速率方程理論。

評分☆☆☆☆☆

這本書我前前後後翻瞭好幾遍，雖然我不是這個領域的專業人士，但光是目錄和一些章節的標題就足夠讓我感到驚嘆。它深入淺齣地探討瞭速率方程的精妙之處，讓我這個初學者也能窺見其中復雜的數學模型如何被用來描述激光器的行為。作者在理論推導上極其嚴謹，每一個公式的引入都清晰明瞭，仿佛為我打開瞭一扇通往微觀世界的大門，讓我看到瞭那些肉眼無法捕捉的電子和光子是如何協同作用，最終成就瞭激光的誕生。書中的插圖也恰到好處，幫助我更好地理解那些抽象的概念。雖然上冊側重於理論基礎，但它所奠定的紮實根基，讓我對接下來的內容充滿瞭期待。我尤其欣賞作者在講解時那種循序漸進的邏輯，沒有一步到位的生搬硬套，而是層層遞進，讓我在不知不覺中掌握瞭那些看似高深的知識。對於想要深入瞭解半導體激光器工作原理的讀者來說，這本書無疑是一部不可多得的寶典，即使是初學者，也能從中受益匪淺，感受到理論的魅力。

評分☆☆☆☆☆

我非常享受閱讀這本書的過程，它給我帶來瞭很多新的視角和思考。作者在講解速率方程的理論時，將復雜的物理過程分解得清晰明瞭，讓我在理解上少走瞭很多彎路。我尤其喜歡書中對於不同激光器結構和工作模式下速率方程差異的探討，這讓我看到瞭理論的普適性和特異性。書中對各種參數的物理意義進行瞭深入的剖析，讓我能夠更直觀地理解這些參數如何影響激光器的輸齣特性。我反復琢磨書中關於噪聲和調製響應的章節，這對於我理解實際激光器的性能至關重要。總的來說，這本書的設計非常人性化，既有嚴謹的理論支撐，又不乏生動的講解和啓發性的思考。它為我打開瞭通往半導體激光器世界的大門，讓我對這個領域産生瞭濃厚的興趣，並渴望進一步探索。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，可以說是一次充滿挑戰但也收獲頗豐的旅程。作者以一種極其嚴謹的學術態度，剖析瞭半導體激光器速率方程的方方麵麵。我從書中體會到瞭理論研究的邏輯嚴密性和推導過程的精巧。特彆是在討論各種非綫性效應時，我被作者對於復雜物理現象的深入洞察力所摺服。書中對穩態和動態過程的詳細講解，讓我對激光器的穩定性、模式競爭以及啁啾效應等有瞭更清晰的認識。雖然某些章節的數學推導對於我這個非專業背景的讀者來說，存在一定的理解難度，但我依然被書中展現齣的科學嚴謹性和知識的深度所吸引。它迫使我去思考，去學習，去拓展自己的知識邊界。這本書不僅僅是關於公式和理論，更是關於如何運用數學語言去描繪和理解物理世界的智慧結晶。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我感覺自己仿佛經曆瞭一場思維的洗禮。作者的文字功底深厚，將那些原本枯燥的物理概念描述得生動有趣，讓我對半導體激光器的內部機製有瞭全新的認識。我尤其被書中對於不同模型和近似方法的討論所吸引，它不僅展示瞭理論研究的嚴謹性，也體現瞭作者在實際應用中的考量。書中對各種參數的敏感性分析，以及如何通過調整參數來優化激光器的性能，都給瞭我很多啓發。我嘗試著去理解那些復雜的微分方程，雖然有些地方對我來說還有些挑戰，但作者詳盡的解釋和豐富的例子，讓我能夠逐步攻剋難關。這本書更像是一位經驗豐富的導師，耐心地引導著我，讓我看到理論的深度和廣度。它不僅僅是一本教材，更像是一部關於科學探索的史詩，讓我感受到瞭前沿科技的魅力所在。我迫不及待地想看看下冊會帶來哪些更精彩的內容，相信一定會讓我收獲更多。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺是，作者在編撰過程中傾注瞭極大的心血，對半導體激光器的速率方程理論進行瞭係統而深入的闡述。我特彆欣賞書中對於模型假設的清晰界定，以及對各個近似條件下理論結果的分析。這使得讀者在應用這些理論時，能夠清楚地認識到其適用範圍和局限性。書中對各種物理過程的細緻描繪，從載流子動力學到光子産生和傳播，都展現瞭作者深厚的專業功底。我反復研讀瞭關於穩態和瞬態行為的章節，對於理解激光器的動態特性有瞭更深刻的理解。書中的數學推導嚴謹而又不失清晰，即使是對於初學者，也能夠通過細緻的閱讀，逐步掌握其中的精髓。總而言之，這是一本極具學術價值的著作，對於任何想要深入研究半導體激光器理論的研究者和工程師來說，都是一本不可或缺的參考書。